技术领域
[0001] 本
发明属于天然气加工领域，尤其是涉及一种脱除天然气中N2的装置。
背景技术
[0002] 天然气是石油的气态
烃类采出物质，是优质
燃料和化工原料。天然气中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和
丁烷，此外一般还含有H2S、CO2、H2O等，一些天然气中含有N2，另外一些还含有氩气和氖气等。含N2过高的天然气还会降低天然气的热值，使之无法满足我国商品天然气的技术指标所规定的要求。因此，有必要将天然气中富含的N2进行有效的脱除。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种流程简单、能耗低、流程短、N2脱除率高的天然气脱N2装置，属于物理
溶剂法。采用本装置进行天然气N2，采用丙烷制冷低温吸收，脱N2前应进行中等程度的脱
水，工艺不需加热，只需
电能，总能耗低，操作
费用低，还可同时脱除Ne和Ar等惰性气体。技术方案如下：
[0004] 一种天然气脱氮方法，包括下列步骤：
[0005] (1)含N2的原料天然气首先进行预冷，然后进行制冷至-25℃～-30℃；
[0006] (2)在3.0～12.0MPaG下进入吸收塔进行N2脱除，脱除的N2自吸收塔顶排出经过与原料天然气复热后去放空，放空N2中甲烷的含量≤5％；
[0007] (3)吸收塔底
富液经过液
力透平机回收
能量后进高压闪蒸塔进行高压闪蒸，高压闪蒸压力为1.5～4.0MPaG，高压闪蒸出的气与原料天然气复热后去高压闪蒸气
压缩机系统循环至吸收塔底部作为底部进料，高压闪蒸出的液体再进行中压闪蒸；
[0008] (4)中压闪蒸压力为0.6～1.5MPaG，中压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后作为
净化气去外输系统，中压闪蒸出的液体再进行低压闪蒸；低压闪蒸压力为0.3～0.6MPaG，低压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后作为净化气去外输系统，低压闪蒸出的液体再进行常压闪蒸；
[0009] (5)常压闪蒸压力为0.0MPaG，常压压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后进入经常压闪蒸气
增压压缩机系统，增压后作为净化气去外输系统，常压闪蒸出的液体去溶剂
循环泵增压至3.4～12.4MPaG，然后经过制冷至-25℃～-30℃去吸收塔顶循环使用。
[0010] 优选地，高压闪蒸出的气体经
高压压缩机压缩，空冷后再制冷至-25℃～-30℃后循环至吸收塔底部，中压闪蒸气、低压闪蒸气和常压闪蒸气连通在一起作为净化气去外输系统。
[0011] 吸收塔底富液经过高压液力透平机降压后进行高压闪蒸，高压液力透平机的动力再提供给溶剂
循环泵。
[0012] 高压闪蒸出的液体经过中压液力透平机降压后进行中压闪蒸，中压液力透平机的动力提供给溶剂循环泵。
[0013] 采用的吸收剂为庚烷(C7)、辛烷(C8)、壬烷(C9)和癸烷(C10)的混合物，
质量配比为(5-15):(45-55):(15-25):(15-25)。
[0014] 本发明同时提供一种天然气脱氮装置，包括原料天然气预冷冷箱(1)、原料天然气
蒸发器(2)、吸收塔(3)、高压闪蒸塔(4)、中压闪蒸塔(5)、低压闪蒸塔(6)、常压闪蒸塔(7)、溶剂循环泵(8)、溶剂
蒸发器(9)、高压闪蒸气压缩机(10)、高压闪蒸气蒸发器(11)、低压闪蒸气压缩机(12)，低压闪蒸气空冷器(13)，其特征在于，
[0015] 原料天然气经过原料天然气预冷冷箱(1)的初步预冷后，经过原料天然气蒸发器(2)的进一步冷却后被送入吸收塔(3)中部；N2排出管路(S10)位于吸收塔(3)顶部并与原料天然气预冷冷箱(1)相连，复热后的N2排出管路(S10)内气体被排出；
[0016] 吸收塔底闪蒸液排出管路(S3)的两端分别位于吸收塔(3)底部和高压闪蒸塔(4)顶部，高压闪蒸液排出管路(S4)的两端分别位于高压闪蒸塔(4)底部和中压闪蒸塔(5)顶部，高压闪蒸气排出管路(S11)的两端分别连接高压闪蒸塔(4)顶部和原料天然气预冷冷箱(1)出冷箱的高压闪蒸气管路S15连接至高压闪蒸气压缩机(10)的入口，高压闪蒸气压缩后排出管路(S20)连接至高压闪蒸气蒸发器(11)，高压闪蒸气冷却后排出管路(S21)连接吸收塔(3)的最底部；中压闪蒸液排出管路(S5)的两端分别位于中压闪蒸塔(5)底部和低压闪蒸塔(6)顶部，中压闪蒸气排出管路(S12)的两端分别连接中压闪蒸塔(5)顶部和原料天然气预冷冷箱(1)，经过原料天然气预冷冷箱(1)复热后的中压闪蒸气管路(S18)里的气体作为净化天然气排出；低压闪蒸液排出管路(S6)的两端分别位于低压闪蒸塔(6)底部和常压闪蒸塔(7)的顶部，低压闪蒸气排出管路(S13)的两端分别连接低压闪蒸塔(6)顶部和原料气预冷冷箱(1)，经过原料天然气预冷冷箱(1)复热后的低压闪蒸气管路(S17)接入中压闪蒸气管路(S18)；常压闪蒸液排出管路(S7)的两端分别位于常压闪蒸塔(7)底部和溶剂循环泵(8)的入口，常压闪蒸气排出管路(S14)的两端分别连接常压闪蒸塔(7)顶部和原料气预冷冷箱(1)，经过原料天然气预冷冷箱(1)复热后的常压闪蒸气管路(S19)进低压闪蒸气压缩机(12)，经低压闪蒸气压缩机(12)增压的天然气管路(S22)连接至常压闪蒸气空冷器(13)，冷却后的管路(S23)连通至中压闪蒸气管路(S18)；溶剂循环泵(8)的出口管路(S8)分别连
接口溶剂循环泵(8)的出口和溶剂蒸发器(9)的入口，溶剂蒸发器(9)的出口管路(S9)连接至吸收塔(3)的顶部。
[0017] 优选地，装置还包括高压液力透平机(14)、中压液力透平机(15)，其中高压液力透平机(14)设置在吸收塔底闪蒸液排出管路(S3)上，中压液力透平机(15)设置在高压闪蒸液排出管路(S4)上。
[0018] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0019] 1、能耗低，本发明只消耗电能，压缩机出口天然气冷却器可采用空冷器，或采用先空冷器后用丙烷制冷的方法，工艺能耗远低于纯粹的LNG
液化精馏脱N2工艺能耗；
[0020] 2、吸收剂仅采用闪蒸再生，不需加热再生；
[0021] 3、脱除产品N2气纯度较高，可达95％，并且可以脱出天然气中的氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)等惰性气体，可燃天然气成分少，N2的回收率可高达99％；
[0022] 4、净化天然气回收率高，产品损失少，CH4的回收率可高达99％。
附图说明
[0023] 图1是本发明的装置示意图
[0024] 图中：
[0025] 设备：
[0026] 1、原料天然气预冷冷箱；2、原料天然气蒸发器；3、吸收塔；4、高压闪蒸塔；5、中压闪蒸塔；6、低压闪蒸塔；7、常压闪蒸塔；8、溶剂循环泵；9、溶剂蒸发器；10、高压闪蒸气压缩机；11、高压闪蒸气蒸发器；12、低压闪蒸气压缩机；13、低压闪蒸气空冷器；14、高压液力透平机；15、低压液力透平机。
[0027] 管路：
[0028] S0、原料天然气进气管路
[0029] S1、原料天然气预冷出口管路
[0030] S2、丙烷制冷原料天然气排出管路
[0031] S3、吸收塔底闪蒸液排出管路
[0032] S4、高压闪蒸液排出管路
[0033] S5、中压闪蒸液排出管路
[0034] S6、低压闪蒸液排出管路
[0035] S7、常压闪蒸液排出管路
[0036] S8、溶剂循环泵出口排出管路
[0037] S9、蒸发器吸收溶剂排出管路
[0038] S10、吸收塔顶N2排出管路
[0039] S11、高压闪蒸气排出管路
[0040] S12、中压闪蒸气排出管路
[0041] S13、低压闪蒸气排出管路
[0042] S14、常压闪蒸气排出管路
[0043] S11、循环压缩装置出气管路
[0044] S15、N2复热后排出管路
[0045] S16、高压闪蒸气复热后排出管路
[0046] S17、低压闪蒸气复热后排出管路
[0047] S18、中压闪蒸气复热后排出管路
[0048] S19、常压闪蒸气复热后排出管路
[0049] S20、高压闪蒸气压缩后排出管路
[0050] S21、高压闪蒸气冷却后排出管路
[0051] S22、常压闪蒸气压缩后排出管路
[0052] S23、常压闪蒸气冷却后排出管路
具体实施方式
[0053] 本发明的装置的工艺步骤为：含N2的原料天然气首先进行预冷，然后进行丙烷制冷至-25℃--30℃，在3.0-12.0MPaG下进行N2脱除，脱除的N2自吸收塔顶排出经过与原料天然气复热后去放空(或者去焚烧)，放空N2中甲烷的含量≤5％。吸收塔底富液经过液力透平机回收能量后进高压闪蒸塔进行高压闪蒸，高压闪蒸压力为1.5-4.0MPaG，高压闪蒸出的气与原料天然气复热后去高压闪蒸气循环压缩机系统循环至吸收塔底部作为底部进料，高压闪蒸出的液体再进行中压闪蒸；中压闪蒸压力为0.6-1.5MPaG，中压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后作为净化气去外输系统，中压闪蒸出的液体再进行低压闪蒸；低压闪蒸压力为0.3-0.6MPaG，低压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后作为净化气去外输系统，低压闪蒸出的液体再进行常压闪蒸；常压闪蒸压力为0.0MPaG，常压压闪蒸出的气体经过与原料天然气复热后进入经常压闪蒸气增压压缩机系统，增压后作为净化气去外输系统，常压闪蒸出的液体去溶剂循环泵增压至3.4-12.4MPaG，然后经过丙烷制冷至-30℃去吸收塔顶循环使用。
[0054] 上述工艺中，高压闪蒸出的气体可以经高压压缩机压缩，空冷加丙烷制冷至-30℃后循环至吸收塔底部，中压闪蒸气、低压闪蒸气和常压闪蒸气连通在一起作为净化气去外输系统。根据原料气的情况，可增设中、低压增压压缩机系统。
[0055] 本发明的装置可以脱出天然气中的氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)等惰性气体，这些惰性气体随着N2一起被脱出。
[0056] 为了充分利用系统能量，吸收塔底富液可经过高压液力透平机降压后进行高压闪蒸，高压液力透平机的动力再提供给溶剂循环泵；高压闪蒸出的液体经过中压液力透平机降压后进行中压闪蒸，中压液力透平机的动力提供给溶剂循环泵。
[0057] 本发明的装置采用的吸收剂为庚烷C7、辛烷(C8)、壬烷(C9)和癸烷C10的混合物，质量配比为10％，50％，20％和20％。
[0058] 本发明的的装置，如图1所示，包括原料天然气预冷冷箱1、原料天然气蒸发器2、吸收塔3、高压闪蒸塔4、中压闪蒸塔5、低压闪蒸塔6、常压闪蒸塔7、溶剂循环泵8、溶剂蒸发器9、高压闪蒸气压缩机10、高压闪蒸气蒸发器11、低压闪蒸气压缩机12，低压闪蒸气空冷器
13。
[0059] 原料天然气经过原料天然气预冷冷箱1的初步预冷后，经过原料天然气蒸发器2的进一步冷却后被送入吸收塔3中部；N2排出管路S10位于吸收塔3顶部并与原料天然气预冷冷箱1相连，复热后的N2排出管路S10内气体排出至高空排放；
[0060] 吸收塔底闪蒸液排出管路S3上设置高压液力透平机14，吸收塔底闪蒸液排出管路S3的两端分别位于吸收塔3底部和高压闪蒸塔4顶部，高压闪蒸液排出管路S4上设置中压液力透平机15，高压闪蒸液排出管路S4的两端分别位于高压闪蒸塔4底部和中压闪蒸塔5顶部，高压闪蒸气排出管路S11的两端分别连接高压闪蒸塔4顶部和原料天然气预冷冷箱1出冷箱的高压闪蒸气管路S15连接至高压闪蒸气压缩机10的入口，高压闪蒸气压缩后排出管路S20连接至高压闪蒸气蒸发器11，高压闪蒸气冷却后排出管路S21连接吸收塔3的最底部；中压闪蒸液排出管路S5的两端分别位于中压闪蒸塔5底部和低压闪蒸塔6顶部，中压闪蒸气排出管路S12的两端分别连接中压闪蒸塔5顶部和原料天然气预冷冷箱1，经过原料天然气预冷冷箱1复热后的中压闪蒸气管路S18里的气体作为净化天然气排出；低压闪蒸液排出管路S6的两端分别位于低压闪蒸塔6底部和常压闪蒸塔7的顶部，低压闪蒸气排出管路S13的两端分别连接低压闪蒸塔6顶部和原料气预冷冷箱1，经过原料天然气预冷冷箱1复热后的低压闪蒸气管路S17接入中压闪蒸气管路(S18)；常压闪蒸液排出管路S7的两端分别位于常压闪蒸塔7底部和溶剂循环泵8的入口，常压闪蒸气排出管路S14的两端分别连接常压闪蒸塔7顶部和原料气预冷冷箱1，经过原料天然气预冷冷箱1复热后的常压闪蒸气管路S19进低压闪蒸气压缩机12，经低压闪蒸气压缩机12增压的天然气管路S22连接至低压闪蒸气空冷器13，冷却后的管路S23连通至中压闪蒸气管路S18；溶剂循环泵8的出口管路S8分别连接口溶剂循环泵8的出口和溶剂蒸发器9的入口，溶剂蒸发器9的出口管路S9连接至吸收塔3的顶部。
[0061] 下面结合
实施例对本发明进行详细说明。
[0062] 原料天然气处理量：85×104m3/d(0℃，101.325kPaA)
[0063] 原料天然气组份：
[0064] 原料气组份——含量mol/％
[0065] C1：76.71
[0066] C2：8.05
[0067] C3：0.14
[0068] iC4：0.01
[0069] nC4：0.02
[0070] C5+：0.00
[0071] N2：14.30
[0072] CO2：0.77
[0073] H2S：0.00
[0074] 步骤如图1所示：3.2MPaG、56.7℃的含N2的原料天然气(预先已脱水)首先进入原料天然气预冷冷箱1，经冷箱预冷至-22℃，然后经蒸发器(板翅式冷箱)进一步冷却至-30℃，管路S1进入吸收塔3中下部并与吸收塔顶注入的冷吸收剂
接触，在3.0MPaG压力下进行脱N2，烃类、CO2被吸收，不被溶剂吸收的N2等惰性气体自吸收塔顶管路S10排出，经原料天然气预冷冷箱1复热后由管路S15高空排放；吸收塔底富液经过高压液力透平机14降压后经管路S3进入高压闪蒸塔4进行高压闪蒸，高压闪蒸压力为1.68MPaG，高压闪蒸出的气体经管路S11进入原料天然气预冷冷箱1复热后由管路S16至高压闪蒸气压缩机10，经空冷、丙烷制冷至-30℃再循环至吸收塔3底部，高压闪蒸出的液体经过中压液力透平机15降压后经管路S4进入中压闪蒸塔5进行中压闪蒸，中压闪蒸压力为压力0.6MPaG，中压闪蒸出的气体经管路S12进入原料天然气预冷冷箱1复热后由管路S18排出作为净化气，中压闪蒸出的液体降压后经管路S5进入低压闪蒸塔6进行低压闪蒸，低压闪蒸压力为0.33MPaG，低压闪蒸出的气体经管路S13进入原料天然气预冷冷箱1复热后由管路S17接管路S18也作为净化气排出。低压闪蒸出的液体经管路S6去常压闪蒸塔7，常压闪蒸压力为0.0MPaG，常压闪蒸出的气体经管路S14进入原料天然气预冷冷箱1复热后由管路S19至低压闪蒸气压缩机12，增压至0.3MPaG经空冷至45℃后由管路23接入净化气管路S18。低压闪蒸后的溶剂作为循环吸收剂，经过溶剂循环泵8升压至3.4MPaG经管路S9去吸收塔1顶部循环。
[0075] C1回收率为99％，C2回收率为98.5％；
[0076] 净化天然气中N2的含量0.5％；
[0077] 排放N2中N2气的纯度为94.3％，CH4的浓度为4.7％；
[0078] 产品N2的气量为：12.8×104m3/d(0℃，101.325kPaA)；
[0079] 净化天然气：72.2×104m3/d(0℃，101.325kPaA)。
[0080] 本实施例所采用的各个蒸发器的制冷介质为丙烷，可以制冷到-30℃。
